Targeting STAT3 and kinases in lymphoid malignancies

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7251-8
Title: Targeting STAT3 and kinases in lymphoid malignancies
Author: Parri, Elina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Programme in Biomedicine
Institute for Molecular Medicine Finland (FIMM), Helsinki Institute of Life Science (HiLIFE)
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-05-27
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7251-8
http://hdl.handle.net/10138/329512
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Dysregulated cellular signaling pathways provide cancer cells survival advantage and support their abnormal growth. In large granular lymphocytic leukemia and aggressive NK-cell malignancies, signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) is frequently mutated, resulting in a constitutively active protein, but do not alone explain the development of the disease. In addition, mutations in tumor suppressor p53 (TP53) worsen the prognosis of NK-cell malignancies. In cancers, activation of the STAT3 is associated with enhanced cellular transformation, increased metastasis and drug resistance. Direct therapeutic targeting of STAT3 has proven to be challenging and only a few direct STAT3 inhibitors have entered early phase clinical trials. So far, the most promising inhibitors of JAK/STAT-signaling are Janus-kinase (JAK) inhibitors, of which several are clinically approved. Using RNA-interference and drug screening applications, we identified new approaches for targeting hyperactive STAT3 and identified drug combinations for targeting JAK/STAT dependent malignant NK-cells. Furthermore, we have used biochemical screens for validating novel computationally predicted kinase-compound interactions. In study I, we identified novel kinases (CDC7, CSNK2, DDR2, CDK8, PI4KII, CSK) and a phosphatase (PTPRH) that regulate oncogenic STAT3 activity. By using inhibitors targeting identified kinases, we observed a reduction of STAT3 activity both at the transcriptional and phosphorylation level. In study II, using drug screens and extended drug perturbations, we found that malignant NK-cells did not develop resistance against drug combinations containing a JAK inhibitor ruxolitinib. Our data suggest that tipifarnib-ruxolitinib and idasanutlin-ruxolitinib combinations are effective depending on the STAT3 or TP53 mutational status of the malignant NK-cells. In contrast, dexamethasone-ruxolitinib was effective independently of the mutational status. Among these, the dexamethasone-ruxolitinib combination is under clinical evaluation for other hematological malignancies such as multiple myeloma. In studies III and IV, we validated computationally pre-screened kinase-compound interactions. Using a combined computational-experimental approach, we identified novel off-target effects for vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR) inhibitor tivozanib and unveiled new lead-molecules targeting protein kinases. This thesis gives a new understanding on oncogenic STAT3 signaling, provides approaches for indirect STAT3 targeting and, based on in vitro data, suggests novel drug combinations for targeting NK-cell malignancies. The collaboration efforts of combining computational-experimental methods provide a better understanding of compound-kinase interactions and allow cost-effective in silico pre-screening tools for advancing identification of leads and off-target effects of kinase inhibitors.Verisyövissä useat solunsisäiset signaalireitit toimivat epänormaalisti ja siten tukevat syöpäsolujen kasvua. Suurten granulaisten lymfosyyttien leukemiassa ja NK-soluperäisissä verisyövissä merkittävällä osalla potilaista on mutaatioita STAT3-geenissä. Nämä mutaatiot lisäävät STAT3-proteiinin aktiivisuutta, mutta eivät yksistään selitä näiden verisyöpien syntyä. Yleisesti syövässä STAT3-proteiinin aktivaatio mm. estää ohjelmoitua solukuolemaa ja edistää solujakautumista. Lisäksi mutaatiot TP53-tuumorisuppressorigeenissä huonontavat ennestään NK-solusyöpien ennustetta. Hoidollisesti STAT3-proteiinin suora kohdentaminen on toistaiseksi osoittautunut hankalaksi, ja vain muutama suora STAT3 estäjä on edennyt varhaisen vaiheen kliinisiin kokeisiin. STAT3-proteiinia säätelevien Janus-kinaasiestäjät ovat tähän mennessä tehokkaimpia JAK/STAT3-signaloinnin estäjiä. Tässä väitöskirjassa etsitään uusia keinoja estää hyperaktiivisen STAT3 proteiinin toimintaa ja selvitetään, miten JAK/STAT-signaloinnista riippuvaisia NK-solusyöpiä voidaan kohdentaa erilaisilla lääkeyhdistelmillä. Lisäksi työssä validoidaan laskennallisin menetelmin ennustettuja uusia kinaasi-estäjä interaktioita. Tutkimuksessa sovelletaan RNAi ja lääkeseulontamenetelmiä uusien STAT3 säätelijöiden, malignien NK-soluja kohdentavien lääkkeiden ja kinaasi-estäjä interaktioiden tunnistamiseen. Seulontojen tuloksia tarkastellaan tarkemmin funktionaalisissa ja pitkäaikaisissa lääkealtistuskokeissa. Väitöskirjan työssä I tunnistettiin kinaaseja (CDC7, CSNK2, DDR2, CDK8, PI4KII, CSK) ja fosfataasi (PTPRH), jotka säätelevät hyperaktiivista STAT3-proteiinia. Kohdentamalla osaa kinaaseista täsmälääkkeillä havait-simme STAT3 aktiivisuuden vaimenemista transkriptionaalisella ja fosforylaatio-tasolla. Työssä II löysimme lääkeseulonnan ja pitkäaikaiskasvatusten avulla ruxolitinibia sisältäviä yhdistelmälääkehoitoja, joita vastaan maligneille NK-soluille ei muodostunut lääkeresistenttiyttä. Näistä yhdistelmälääkehoidoista tipifarnibi-ruksolitinibi ja idasanutliini-ruksolitinibi yhdistelmälääkkeet toimivat riippuen solujen TP53 tai STAT3 mutaatiotaustasta, kun taas deksametasoni-ruksolitinibi oli tehokas 50%:lle maligneista NK-soluista riippumatta niiden TP53 tai STAT3 mutaatiotaustasta. Töissä III ja IV validoitiin laskennallisesti esiseulottuja kinaasi-estäjä pareja. Töissä III ja IV löysimme VEGFR estäjälle uusia ’off-target’ kohteita eli muuhun kuin kohdekinaasiin sitoutuvia proteiineja, sekä uusia aktiivisia ’lead’-molekyylejä, jotka kohdentavat proteiinikinaaseja. Tämä väitöskirjan tulokset osoittavat uusia tapoja hyperaktiivisen STAT3-proteiinin epäsuoraan kohdenamiseen syövissä ja tarjoaa yhdistelmä-lääkehoitoja NK-solusyöpien kohdentamiseen riippuen solujen mutaatio-taustasta. Uusien laskennallisten menetelmien yhdistäminen biokemialliseen seulontaan luo parempaa ymmärrystä kinaasi-estäjä interaktioista ja tarjoaa tehokkaita työkaluja ’lead’-molekyylien ja kinaasiestäjien ’off-target’ kinaasien tunnistamiseen.
Subject: molekyylilääketiede, molecular medicine
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record